I sommerferien reiser de 12 år gamle tvillingene Dipper og Mabel Pines fra hjemmet sitt i Piedmont, California, til den fiktive byen Gravity Falls, Roadkill County i Oregon, for å tilbringe sommeren hos familie-medlemmer. Deres slektnkng Stan Pines (ofte bare forkortet til «Grunkle Stan») eier en turist-felle kalt «Mystery Shack» i Gravity Falls.